Toistin-ja gateway-toiminteet TETRA-verkoissa

Arttu Hillner Toistin-ja gateway-toiminteet TETRA-verkoissa Metropolia Ammattikorkeakoulu Insinööri (AMK) Tietotekniikka Insinöörityö 17.12.2013

Tiivistelmä Tekijä(t) Otsikko Sivumäärä Aika Arttu Hillner Toistin- ja gateway-toiminteet TETRA-verkoissa 34 sivua 17.12.2013 Tutkinto insinööri (AMK) Koulutusohjelma Tietotekniikan koulutusohjelma Suuntautumisvaihtoehto Tietoliikennetekniikka Ohjaajat tuotepäällikkö Tauno Remes yliopettaja Ville Jääskeläinen Tämän insinöörityön tarkoituksena oli tutustua TETRA-standardiin ja suorittaa TETRAverkossa toimivien toistin- ja gateway-toiminteiden kuuluvuusmittaukset ja verrata niitä tukiasemajärjestelmän kuuluvuuteen. Aluksi työssä käydään läpi TETRA-standardia. Lisäksi kerrotaan VIRVE-verkosta ja sen käyttäjistä. Tämän jälkeen kerrotaan työssä käytetyistä DAMM-tukiasemajärjestelmästä ja Sepuran päätelaitteista ja niiden toimintavalmiuteen saattamisesta. Kuuluvuusmittaukset toteutettiin ensiksi käyttäen DAMM-tukiasemajärjestelmää, jolloin saatiin vertailukohta toistin- ja gateway-toiminteiden kuuluvuudelle. Tämän jälkeen suoritettiin mittaukset toiminteille ja vertailtiin saatuja tuloksia keskenään. Mittaustulosten perusteella pääteltiin, millaisiin tilanteisiin kyseiset toiminteet sopivat. Työn toteutus onnistui pääpiirteittäin hyvin ja saatuja tuloksia voidaan hyödyntää jatkossa, kun yritys myy kyseisiä toiminteita asiakkailleen. Avainsanat TETRA, toistin, gateway, VIRVE

Abstract Author(s) Title Number of Pages Date Arttu Hillner Repeater and Gateway Functions in TETRA 34 pages 17 December 2013 Degree Bachelor of Engineering Degree Programme Information Technology Specialisation option Telecommunications Technology Instructors Tauno Remes, Product Manager Ville Jääskeläinen Principal Lecturer The purpose of this thesis was to explore the TETRA standard, perform coverage measurements in repeater and gateway functions within the TETRA network and compare them to the base station subsystem reception. First, the paperis describes the TETRA standard, VIRVE networks and its users. Then it presents the tools used in the study, DAMM base station system and Sepura terminals and their deployment. The coverage measurements were carried out first, using the DAMM base station system to give a point of reference for the repeater and gateway functions coverage. Then the same measurements were performed on the stated functions and the results obtained were compared to each other. On the basis of the results, it was concluded in what kind of situations the functions would fit best. The thesis implementation can be summarized as a success, and the result can be utilized in the future when the company sells the relevant functions to their customers. Keywurords TETRA, repeater, gateway, VIRVE

Sisällys Lyhenteet 1 Johdanto 1 2 Oy Insalko Ab 2 3 TETRA 3 3.1 Historia 3 3.2 Järjestelmä 3 3.3 Puhelutyypit 6 3.4 Salaus 8 3.5 Status- ja SDS-viestit 8 4 Laitteisto 10 4.1 DAMM Cellular Systems A/S 10 4.1.1 DAMM BS421 -tukiasema 10 4.1.2 BS421:n konfigurointi 13 4.2 Procom CXL70-1HD/h-PT -antenni 17 4.3 Sepura-päätelaitteet 17 4.3.1 Sepura STP9038 -käsiradio 18 4.3.2 Sepura SRG3900 -ajoneuvoradio 19 4.3.3 Päätelaitteiden parametrointi 19 5 Mittaus 24 5.1 Tulokset 27 5.2 Päätelmät 29 6 Yhteenveto 32 Lähteet 33

Lyhenteet Ah Ampeeritunti. BSC-GUI Base Station Controller Graphical User Interface. Tukiaseman graafinen hallintaohjelma. db/100m Desibeliä per 100 metriä. dbd Decibel dipol. Desibeli dipoli. dbm Desibeli suhteessa milliwattiin. DMI Direct Mode Interface. Suorakanavarajapinta. DMO Direct Mode. Suorakanava. DQPSK Differential Quadrature Phase Shift Keying. Modulointitekniikka. ETSI European Telecommunications Standards Institute. Eurooppalainen telealan standardisoimisjärjestö. full-duplex Puhuminen ja kuunteleminen samaan aikaa. GPS Global Positioning System. Satelliittipaikannusjärjestelmä. half-duplex Eriaikainen lähetys. ISI Inter-System Interface. Yhteen liitettyjen TETRA-verkkojen välinen rajapinta ISSI Individual Short Subscriber Identity. Radion puhelinnumero. kb/s Kilotavua per sekunti. khz Kilohertsi.

LSI Line Station Interface. Palvelukeskus ja TETRA-kytkimen välinen rajapinta. MHz Megahertsi. mw Milliwatti. NMI Network Management Interface. Verkonhallinta-rajapinta. P Tehon tunnus. PEI Peripheral Equipment Interface. Laiterajapinta. RM2 Radio Manager 2. Sepuran kehittämä radioiden ohjelmointi- ja hallintatyökalu. roaming Verkkovierailu. SDS Short Data Service. Tekstiviesti. STUK Säteilyturvakeskus. TDMA Time Division Multiple Access. Aikajakokanavointi TEI Terminal Equipment Identification. Radion laitetunnus. TETRA Terrestrial Trunked Radio. VIRVE Viranomaisradioverkko. W Watti.

1 1 Johdanto Tämän insinöörityön toimeksiantaja on Oy Insalko Ab, joka on suomalainen maahantuontiyritys. Insinöörityön tarkoituksena on tutustua TETRA-standardiin, DAMM:n TET- RA -tukiasemajärjestelmään ja Sepuran TETRA -päätelaitteisiin. Työ keskittyy varsinaisesti päätelaitteessa olevien gateway- ja toistin-toiminteiden muodostaman peittoalueen vertaamiseen tukiaseman muodostamaan peittoon. Tämän avulla halutaan pohtia, mihin tilanteisiin päätelaitteiden toistin- ja gateway-toiminteet sopivat silloin, kun tukiaseman muodostamaa peittoaluetta ei ole saatavilla. Sepuran päätelaitteiden toistin- ja gateway-toiminteiden suorituskykyä ei ole aikaisemmin mitattu Suomessa. TETRA on digitaalinen radiopuhelinverkko, jota alettiin suunnitella täyttämään viranomaisten kommunikointitarpeet. Standardoinnin edetessä myös monet yksityiset tahot kiinnostuivat TETRA:sta. Nykyään Suomessa ja maailmalla on useita yksityisiä TET- RA-verkon käyttäjiä viranomaisten lisäksi. Työssä tehdään kolme erityyppistä verkon kuuluvuusmittausta. Ensimmäinen mittaus toteutetaan Oy Insalko Ab:n yksittäistä TETRA-tukiasemajärjestelmää käyttäen. Käytössä on yksittäinen tukiasema, koska tällä tavalla saadaan peittoalue rajattua pieneksi ja kuuluvuuserot ovat selkeästi havaittavissa yhden solun alueella. Tämä testi toimii myös vertailukohtana kahteen seuraavaan. Toisessa ja kolmannessa mittauksessa käytössä on sama TETRA-antenni kuin ensimmäisessä. Toisessa testissä käytössä on suorakanavatoistin-toiminteella varustettu ajoneuvoradio. Kolmannessa testissä ajoneuvoradiossa on gateway-toiminne, jolloin radio ohjaa suorakanavalla tapahtuvan liikenteen VIRVE-verkkoon. Saatavien tulosten ja havaintojen perusteella päätellään, missä tilanteissa yllämainittuja toiminteita voidaan parhaiten hyödyntää.

2 2 Oy Insalko Ab Oy Insalko Ab on kotimainen jälleenmyynti- ja maahantuontiyritys. Yritys työllistää tällä hetkellä 11 henkilöä, ja se on perustettu vuonna 1952. Toimipiste sijaitsee Helsingissä Metsälässä. Oy Insalko Ab:n vahvuuksia ovat erityisasiantuntemus toiminta-alastaan ja edustetuista tuotteista. Yritys myy edustamiaan tuotteita valtiollisille, kunnallisille sekä kaupallisille yrityksille. Oy Insalko Ab tähtää olemaan johtava toimittaja toimialallaan vuoteen 2015 mennessä. Yrityksellä on viisi erilaista toimialaa: viestintälaitteet paperi- ja selluteollisuus bioenergia elintarviketeollisuus prosessiteollisuus. TETRA-laitteet sisältyvät viestintälaite-toimialaan. Yritys maahantuo ja jälleenmyy harraste- ja ammattikäyttöön myös Japanilaisia ICOM-radiopuhelimia ja tukiasemia. ICOM-tuotteita löytyy ilmailu- ja meriradioista aina metsästysradioihin. Lisäksi yritys toimittaa useiden eri valmistajien antenneja ja lisälaitteita radiolaitteisiin. Radiolaitteita yritys myy useille erialan asiakkaille Puolustusvoimista huviveneilijöihin [1].

3 3 TETRA 3.1 Historia TETRA (Terrestial Trunked Radio) -standardin kehittäminen alkoi vuona 1988. ETSI:n (European Telecommunications Standards Institute) pyynnöstä laitevalmistajat lähettivät omat ehdotuksensa TETRA-standardiksi vuonna 1990. Avoin TETRA-standardi julkaistiin vuonna 1995 versionumerolla 1.0 [2]. Tämän jälkeen on julkaistu vielä versio 2.0 vuonna 2009 [3]. Maailman ensimmäinen TETRA-verkko avattiin testikäyttöön Suomessa Helsingin Energian toimesta vuonna 1997. Kyseinen verkko on vieläkin toiminnassa Helsingin alueella, ja käyttäjiä verkossa on tällä hetkellä noin 1600 [4]. Suomessa TETRA-verkkoja käyttävät viranomaiset ja kaupalliset tahot. Viranomaisia varten Suomeen rakennettiin koko maan kattava TETRA-verkko nimeltään VIRVE (Viranomaisradioverkko) vuonna 2002. VIRVE-verkkoa alettiin suunnitella, koska haluttiin luoda suojattu, yhtenäinen ja luotettava radiopuhelinverkko viranomaisille. Olemassa olevia kaupallisia GSM/3G-verkkoja ei voitu soveltaa viranomaisten tarpeisiin. Kyseiset verkot on suunniteltu lähinnä kahdenkeskeiseen viestintään, ja onnettomuustilanteissa verkot voivat ruuhkaantua pahasti. Tällöin viranomaiset eivät pystyisi kommunikoimaan keskenään. Viranomaisista VIRVEä käyttävät mm. poliisi, alueelliset pelastuslaitokset, puolustusvoimat, tulli ja rajavartiolaitos. Suomen Virveverkko Oy vastaa VIRVEn ylläpidosta ja toiminnasta. Käyttäjämäärät VIRVE-verkossa ovat huomattavasti alhaisemmat, kuin mitä verkkoa suunnitellessa oletettiin. Käyttäjiä verkkoon odotettiin noin 50 000, mutta todellinen määrä on jäänyt noin 30 000 käyttäjään. Käyttäjien oletettua alhaisempi määrä johtuu siitä, että sosiaali- ja terveysala ei liittynyt VIRVE-verkon käyttäjiksi [5]. 3.2 Järjestelmä TETRA toimii Euroopassa viranomaisten käytössä 380-400 MHz:n ja kaupallisessa käytössä 410-430 MHz:n taajuusalueella. VIRVE-verkko on toteutettu noin 1300 tukiasemalla ja sillä on saatu melkein täydellinen peitto Suomen alueelle [5]. Tunneleissa ja rakennuksissa pystytään peittoaluetta parantamaan toistimilla (repeater) ja gateway-

4 toiminteella. Verkon solujen halkaisijat vaihtelevat kaupunkien noin 4 kilometristä maaseudun 40 kilometriin. TETRA-järjestelmässä käytetään 25 khz:n kantoaaltoa. Jokainen kantoaalto on jaettu neljään aikajaksoon TDMA-teknologian (Time Division Multiple Access) avulla [6]. Kantoaallon ensimmäinen aikajakso on aina varattu kontrollikanavalle kuvan 1 mukaisesti. Tämän johdosta yhden kantoaallon TETRA-tukiasemassa voi olla käynnissä kerrallaan kolme erillistä half-duplex-puhelua (katso luku 3.3). TETRA:ssa käytetään modulointitekniikkana DQPSK:ta (Differential Quadrature Phase Shift Keying). Virheenkorjatun suojaamattoman puheen nopeus järjestelmässä on 7,2 kb/s (kilotavua per sekunti). Kuva 1. Kantoaallon rakenne [3]. TETRA-verkossa on mahdollisuus autentikointiin, eli tunnistukseen, jolloin pystytään varmistamaan päätelaitteen ja verkon autenttisuus. TETRA-verkko tarkistaa tietokannastaan radion TEI- (Terminal Equipment Identification) ja ISSI (Individual Short Subscriber Identity) -numerot aina, kun puhelin muodostaa yhteyden verkkoon. TEInumero on radion laitetunnus ja ISSI radion puhelinnumero. Jos TEI- ja ISSI-numerot vastaavat toisiaan, yhteys muodostuu normaalisti radion ja verkon välille. TETRA-verkon rakenne on esitetty kuvassa 2. Radiorajapintaa päätelaitteen ja verkon välillä kutsutaan termillä AI (Air Interface). Kahden yhteen liitetyn TETRA-verkon välistä rajapintaa nimitetään termillä ISI (Inter-System Interface). Tämä mahdollistaa verkkovierailun kahden erillisen verkon välille, aivan kuten julkisissa GSM-verkoissakin.

5 TETRA-päätelaitteisiin on mahdollista kytkeä tietokoneita PEI (Peripheral Equipment Interface) -laiterajapinnan kautta. Tämän avulla pystytään muodostamaan datasiirto verkon ja päätelaitteen välillä. STUK (Säteilyturvakeskus) käyttää hyväkseen kyseistä datasiirtoa säteilymittauspaikoillaan. Mittausasemilta lähetetään 10 minuutin välein mittaustiedot IP-pohjaisina VIRVE-verkon yli paikallisiin hätäkeskuksiin ja STUK:n keskukseen [7]. Palvelukeskus on tärkeä verkkoelementti TETRA-verkossa. Palvelukeskus vastaanottaa mm. hälytysviestit. TETRA-kytkimestä on suora tai erillisen kauttakulkuverkon kautta yhteys palvelukeskukseen. Rajapinta kytkimen ja palvelukeskuksen välillä on nimeltään LSI (Line Station Interface). TETRA-verkon hallintaa ja ylläpitoa varten on olemassa NMI-rajapinta (Network Management Interface). NMI-rajapinta on yhteydessä TETRA-kytkimeen. Koko verkon hallinnan kannalta tämä on ainoa mahdollinen rajapinta, mitä kautta pystytään kytkeytymään verkkoon, jos siihen halutaan tehdä muutoksia. Järjestelmään on sisällytetty mahdollisuus ulkopuolisiin verkkoihin, joita ovat mm. PSTN eli kiinteä puhelinverkko (public switched telephone network), ISDN ja PDN eli pakettikytkentäinen verkko (packet data network) [8]. Kuva 2. TETRA-verkon rakenne [3].

6 3.3 Puhelutyypit TETRA-järjestelmä tukee monipuolisesti erinäisiä puhelutyyppejä. Jokaisella puhelulla on tietty prioriteetti-arvo. TETRA-radiolla pystyy soittamaan yksilöpuhelun myös TET- RA-verkon ulkopuolelle, jopa GSM-liittymään tai lankapuhelinliittymään. Nämä puhelut ovat full-duplex-puheluita, joissa puhuminen ja kuunteleminen samaan aikaan on mahdollista. TETRA-verkon sisällä yksilöpuhelua soitettaessa on kaksi erilaista tapaa muodostaa puhelu. Puhelun voi muodostaa joko half-duplexina tai full-duplexina. Halfduplex puhelu muodostetaan näppäilemällä radioon numero, mihin halutaan soittaa ja tämän jälkeen painetaan tangenttia. Puhelun saajan radio hälyttää, ja tähän vastataan tangenttia painamalla. Tämän jälkeen yhteys on muodostettu kahden radion välille. Toinen tapa muodostaa yksilöpuhelu on näppäillä radion numero, johon halutaan soittaa. Tämän jälkeen painetaan radion vihreätä näppäintä. Puhelun vastaanottajan radio hälyttää, ja tähän puheluun vastataan vihreätä painamalla. Puhetie on auki samaan aikaan molempiin suuntiin. Vastaaminen ja puhuminen tapahtuvat siis samalla lailla kuin GSM-puhelussakin. TETRA:n sisäisissä puheluissa ryhmäpuhelu on tärkein puhelutyyppi. Ryhmäpuhelussa on kerrallaan yksi lähettäjä ja monta kuuntelijaa, ja puhelu on half-duplex tyyppinen. Lähettäjä aloittaa puhelun tangenttia painamalla, jolloin yhteys aukeaa kaikissa radioissa jotka kuuntelevat samaa puheryhmää, missä lähettäjä on. Jos yhden tukiaseman alueella on useampi kuuntelija, varaavat he kaikki vain yhden aikajakson kyseisen tukiaseman kantoaallosta, (kuva 3). Tällöin muut aikajaksot jäävät vapaaksi muiden käytettäväksi. Kuva 3. Aikajaksojen jakaantuminen ryhmäpuhelussa [3].

7 Nykypäivänä kaikissa TETRA-päätelaitteessa on oranssi hätäpainike. Hätäpainiketta painaessa aukeaa puheyhteys ennalta määritettyyn numeroon korkeimmalla mahdollisella prioriteetilla. Suurin prioriteetti mahdollistaa, että puhelu välittyy aina eteenpäin. Jos tukiaseman koko kapasiteetti on käytössä, verkko vapauttaa aikajakson hätäpuhelulle automaattisesti. Radio voidaan parametroida tarvittaessa lähettämään sijaintinsa GPS:n avulla hätäpainiketta painettaessa. Näin saadaan heti selville hätäkutsun lähettäjän tarkka sijainti. Päätelaitteella pystytään kommunikoimaan myös suorakanavan, DMO:n (Direct Mode Operation), kautta. Radiosta tulee valita suorakanavapuheryhmä. Tällöin päätelaitteet eivät ole yhteydessä verkkoon vaan toimivat suoraan keskenään. Palomiehet käyttävät tätä toiminnetta usein saapuessaan onnettomuuspaikalle. Tällöin pienellä alueella toimiessaan he eivät varaa verkon kapasiteettiä vaan pystyvät toimimaan itsenäisesti. Suorakanavasta on myös hyötyä tilanteessa, jossa ei ole varmuutta onko toimintaalueella: rakennuksessa tai tunnelissa verkon kuuluvuutta. Toisaalta rakennusten seinät rajoittavat joka tapauksessa kuuluvuutta jolloin signaalin kantama voi jäädä alle sataan metriin myös suorakanavaa käytettäessä. Parhaimmillaan suorakanavan kuuluvuus on noin kuusi kilometriä edellyttäen, että signaali pääsee kulkemaan esteettä [6]. Suorakanavan aikajaksot voivat ruuhkautua helposti, jos moni yrittää puhua samanaikaisesti. Tällöin tärkeää tietoa voi jäädä välittämättä. Suorakanavan peittoaluetta saadaan laajennettua helposti suorakanavatoistin lisenssillä varustetulla ajoneuvoradiolla. Ajoneuvoradio tulee myös olla parametroitu oikein, jotta se toimii optimaalisesti toistimena. Tällöin ajoneuvo, jossa on toistintoiminteella varustettu päätelaite, ajetaan mahdollisimman lähelle toiminta-alueen keskustaa. Täten suorakanavaa käytettäessä puheliikenne kulkee kyseisen radion lävitse eteenpäin. Hyöty saavutetaan, koska ajoneuvoradioissa on selkeästi parempi antenni sekä lähetys- ja vastaanottoteho ovat suurempia kuin käsiradioissa. Suorakanava saadaan yhdistettyä TETRA-verkkoon, kun käytetään suorakanavagateway toiminnetta ajoneuvoradiossa. Tällöin ajoneuvoradio kuuntelee ja lähettää signaaleja sekä TETRA-verkkoon että suorakanavalle. Tällöin saadaan yhdistettyä TETRA-verkon peittoalueen ulkopuolella olevat radiot verkkoon, (kuva 4).

8 Kuva 4. Suorakanava-gateway [3]. 3.4 Salaus TETRA-standardissa voidaan käyttää kahta erilaista salausta, ilmatiesalaus (AIE, Air Interface Encryption) ja päästä-päähän salaus (E2EE, End-to-End-Encryption). VIR- VE:ssä käytetään TEA2-ilmatiesalausta (TETRA Encryption Algorithm). TEA2 salaus on tarkoitettu viranomaisten käyttöön koko Euroopan-alueella. Salaus salaa puheen, datan ja signaloinnin [9]. Päästä-päähän-salauksessa puheliikenne salataan kahden päätelaitteen välillä, jolloin päätelaite salaa ja purkaa signaalin itsenäisesti. Kontrollikanavaa ei pystytä salaamaan. Tämän vuoksi päästä-päähän-salausta käytetään yleensä yhtäaikaisesti ilmatiesalauksen kanssa, jolloin kontrollikanavan liikennekin saadaan salattua. TETRAstandardissa ei ole määriteltynä päästä-päähän-salaukseen käytettävää algoritmia [10]. 3.5 Status- ja SDS-viestit TETRA:ssa on mahdollisuus viestiä puheen lisäksi status- ja SDS-viestein (Short Data Service). SDS-viestit vastaavat GSM:ssä käytettyjä tekstiviestejä. Ainoa ero on, että TETRA:ssa viestit välittyvät paljon nopeammin. Tekstiviestit tallentuvat myös puhelimen muistiin myöhempää tarkastelua varten. TETRA-standardissa on myös määritelty tapa lähettää paikkasijainti käyttäjälle näkymättömän tekstiviestin avulla paikkatietojärjestelmään. Tekstiviesteillä voidaan täydentää puheella annettuja tietoja tai varmistaa, että käyttäjä on kuullut esimerkiksi onnettomuuspaikan osoitteen varmasti oikein. Radion statusviestit ovat ennalta määritettyjä tekstipohjia, jotka käyttäjä lähettää haluamaansa numeroon. Statusviestejä voidaan käyttää viranomaisten toimesta tilannetietojen lähettämiseen päivystäjälle mm. matkalla, kohteessa, ei palveluksessa. Yleen-

9 sä yleisimmin käytetyt statusviestit on ohjelmoitu radioihin pikanäppäinten taakse, jolloin käyttäjä painaa ennalta määriteltyä radion näppäintä pohjassa ja statusviesti lähtee automaattisesti eteenpäin esimerkiksi päivystäjälle. Viestien lähettäminen kuormittaa verkkoa vähäisesti, jolloin puheen käyttöön jää enemmän kaistatilaa. Lisäksi viestit välittyvät lähes viiveettä vastaanottajalle. Lisäksi lähettäjä voi saada välitystietoina kuittauksen, että viesti on varmasti mennyt perille asti. TETRA-verkoissa ei ole yleensä käytössä viestikeskusta. Viestit eivät siis tallennu palvelimelle myöhempää lähettämistä varten, kuten esimerkiksi GSM-verkossa. Jos käyttäjän radio ei ole verkossa viestin lähetyshetkellä, hän ei saa kyseistä viestiä. Poikkeuksena edellä mainittuun on VIRVE-verkko, jossa on mahdollisuus käyttää viestikeskusta, jonne tekstiviestit tallentuvat myöhempää lähetystä varten. Keskuksen kautta kulkevat tekstiviestit saapuvat vastaanottajalle huomattavasti hitaammin.

10 4 Laitteisto Tässä luvussa keskitytään insinöörityössä käytettävien laitteiden teknisiin ominaisuuksiin ja ohjelmistoihin. 4.1 DAMM Cellular Systems A/S DAMM Cellular Systems A/S perustettiin tanskalaisen Hans Dammin toimesta vuonna 1981 Tanskaan. Yritys keskittyi analogisten NMT-puhelimien ja -tukiasemien valmistukseen vuosien 1981-2002 välillä. Vuonna 1998 yritys siirtyi digitaalisen TETRA:n pariin ja pystyi jo vuonna 2000 toimittamaan ensimmäisen TETRA-tukiasemansa asiakkaalle [11]. 4.1.1 DAMM BS421 -tukiasema DAMM BS421 -tukiasema koostuu minimissään kahdesta erillisestä osasta. Toinen on lähetin-vastaanotin ja toinen on SB421-tukiasemakontrolleri. Tukiasemakontrollerin ja lähetin-vastaanottimen yhteys on hoidettu täysin IP-pohjaisena. Tarvittaessa yhteen tukiasemakontrolleriin voidaan liittää kaksi lähetin-vastaanotinta. Lähetysteho tukiasemassa on alhainen verrattuna kilpailijoiden tuotteisiin, vain 10 Wattia. Esimerkiksi kilpailevan yrityksen Sepura Systemsin Solo -tukiasema käyttää 25 Watin lähetystehoa. DAMM on suunnitellut laitteen siten, että lähetin-vastaanotin tulisi viedä mahdollisimman lähelle antennia. Täten pystytään minimoimaan tehon häviöt, joita voi syntyä, kun käytetään pitkiä antennikaapeleita. Lisäksi pitkien antennikaapelin käyttö on kalliimpaa kuin halpojen verkko- ja virtakaapelien. Tukiasema käyttää aika- ja taajuussynkronointiin GPS:n (Global Positioning System) avulla määriteltävää tarkkaa kellonaikaa. Tukiasema on myös IP65-sertifioitu. Eli se on täysin pölytiivis ja kestää vesisuihkun vahingoittumatta [11]. Täten lähetin-vastaanotin voidaan sijoittaa maston kärkeen lähelle antenneja ja tukiasemakontrolleri voidaan jättää maston alaosaan, kuten kuvassa 5.

11 Kuva 5. DAMM-tukiaseman sijoitus ja kaapelointi, kun käytössä kaksi lähetin-vastaanotinta [13]. BS421-tukiasema on varmennettu 7Ah:n (ampeeritunti) lyijyakustolla. Näin varmistetaan tukiaseman toimivuus sähkökatkoksen sattuessa. Yhdellä lähetin-vastaanottimella toimiessaan akusto kestää noin kahdesta ja puolesta tunnista kolmeen tuntiin. Tukiasema-kontrolleri toimii 230 voltin jännitteellä. Kontrollerissa käytettävä akusto on koko

12 ajan latauksessa, ja tukiasemassa käytettävä virta kulkee akuston lävitse lähetinvastaanottimelle 48 voltin jännitteellä. Kuva 6. DAMM-lähetin-vastaanotin ja tukiasemakontrolleri [13]. DAMM SB421 -tukiasemakontrollerin tärkeimmät tiedot prosessori, Pentium M 1,4 GHz keskusmuistia 1 GB 8 GB flash-muistikortti käyttöjärjestelmänä Microsoft Windows XP Embedded VGA-liitin näytölle 2xUSB-porttia, toinen lisenssi tikulle ja toinen hiirelle/näppäimistölle 7 Ah:n akusto RJ45-liittimet.

13 4.1.2 BS421:n konfigurointi Tukiaseman käyttöjärjestelmä ja hallintaohjelmat on esiasennettu jo tehtaalla. Tukiasemassa voidaan käyttää kahta graafista hallintaohjelmaa: Network Managementia ja BSC-GUIta (Base Station Controller Graphical User Interface). BSC-GUI näyttää järjestelmän tilan, tärkeimmät parametrit listana ja kontrollerin lisäksi lähetin-vastaanottimen välisiä IP-osoitteita pystytään muokkaamaan kyseisen hallintaohjelman kautta. Lisäksi on mahdollista käyttää komentorivejä TETRAOM-ohjelman kautta. TETRAOM:ssa käytetään DAMM:n kehittämiä OM-komentoja. Graafisten käyttöliittymien kautta pystytään määrittämään kaikki samat asetukset kuin TETRAOM:n kauttakin. Helppouden ja yksinkertaisuuden vuoksi tukiaseman konfigurointi suoritettiin graafisten käyttöliittymien kautta. Kuva 7. TETRAOM komentoja. DAMM on esiasentanut tukiasemajärjestelmän pitkältikin siten, että se on helppo ottaa käyttöön. Koulutettu henkilö saa tukiaseman toimintaan vajaassa tunnissa. DAMM on

14 määritellyt tukiasemalle valmiiksi IP-osoiteavaruuden ja IP-osoitteet kontrollerille ja lähetin-vastaanottimelle. Täten IP-osoitteisiin ei tarvitse koskea ja linkki kontrollerin sekä lähetin-vastaanottimen välille on jo muodostettu. Tukiasemakontrollerin IP-osoite on 172.16.1.10 ja lähetin-vastaanottimen 172.16.1.11. Tukiasemaa konfiguroidessaan käyttäjän tulee määrittää maa- ja operaattoritunnus. Samoja tunnuksia käytetään myös GSM-verkoissa. Yrityksen täytyy hakea viestintävirastolta lupaa tukiaseman käyttämistä varten. Jos lupaa haetaan ensimmäistä kertaa, viestintävirasto antaa yritykselle yksilöllisen operaattoritunnuksen. Suomen MCC (Mobile Country Code), eli maatunnus, on 244. Viestintäviraston myöntämä operaattoritunnus, TMNC (TETRA Mobile Network Code), Oy Insalko Ab:lle on 1002. Kuva 8. Maa- ja operaattoritunnus Network Managementissa Lisäksi hallintaohjelmaan tulee määrittää taajuus, jota tukiasema käyttää. Tätä varten täytyy käyttäjän täyttää radioverkkosuunnitelma-hakemus viestintävirastolle. Hakemuksessa voidaan esittää toivomuksia taajuusalueesta ja suunnitellusta kaistanleveydestä. Lisäksi hakemuksessa täytyy ilmetä tukiaseman antennin tarkka sijainti mieluiten maantieteellisillä koordinaateilla ilmoitettuna sekä rakennus tai rakennelma, johon antenni sijoitetaan. Antennin etäisyydet maan ja meren pinnasta ovat myös vaadittavia tietoja. Hakemukseen täytyy ilmoittaa myös lähettimen lähtöteho, antennin vahvistus sekä antennikaapelin tyyppi ja pituus. Viestintäviraston Oy Insalko Ab:lle myöntämä lähetystaajuus on 424.8875 MHz ja vastaanottotaajuus on 414.8875 MHz.

15 DAMM-tukiasemajärjestelmään tulee luoda organisaatio. Tässä määritellään, kuinka monta käyttäjää, profiilia ja puhelinta voi olla käytössä. Lisäksi annetaan IPosoiteavaruus, josta käyttäjille annetaan tarvittaessa IP-osoite. Network Managementissa tulee myös määrittää profiili, jota puheryhmät ja päätelaitteet käyttävät. Profiileita voi tehdä monta halutessaan. Profiilissa määritellään TETRA:n sisällä toimivien puheluiden ja päätelaitteiden oikeudet. Profiilille tulee antaa nimi, kuvaus ja tieto, mitä organisaatiotietoa käytetään. Profiilinhallintasivulla pystytään määrittämään, mitä ilmatiesalausta päätelaite tai puheryhmä käyttää. Lisäksi puhelun prioriteettitason pystyy määrittämään. Kuvassa 9 puhelun prioriteetti määrittyy päätelaitteen ohjaamana. Kuvan tilanteessa ryhmäpuhelu varaa verkossa aikajakson kahden sekunnin ajaksi, kun ryhmäpuhelua puhunut lopettaa painamasta puhepainiketta. Tällä varmistetaan, ettei puhelun muodostamisesta syntyvää viivettä tule, kun ryhmäpuheluun vastataan kahden sekunnin aikana. Puhelun maksimi kestolle ei ole määritetty takarajaa kuvan tilanteessa. Tukiasema voidaan halutessa määritellä vapauttamaan aikajakso, jos puhelu kestää liian pitkään. Maksimiaika taas yhtäjaksoiselle puheelle tangenttia painettaessa on määritetty 60 sekuntiin. Kuva 9. Profiilin luonti

16 Kun tukiasemakontrolleriin on saatu määritettyä profiili ja organisaatio, päästään hallintaohjelman avulla lisäämään päätelaitteille oikeus muodostaa yhteys verkkoon, kuva 10. Ensiksi tulee valita tyypiksi päätelaite (Mobile). Tämän jälkeen päästään syöttämään päätelaitteen ISSI-numero, joka halutaan lisätä verkkoon. Käyttäjänumero ja kuvaus ovat vapaavalintaisia kenttiä, joihin voi halutessaan kirjoittaa avustavia tekstejä. Käyttäjää lisätessä tulee määrittää käytettävä profiili ja organisaatio. Käytössämme ei ollut WAP-palvelua, joten käyttäjien IP-osoitteita ei määritetty. Myöskään päätelaitteiden TEI-numeroita ei syötetty tukiasemajärjestelmään, koska työssä ei käytetty autentikointia. Kuva 10. Käyttäjän lisäys verkkoon Kun lisätään puheryhmää Network Management -hallintaohjelmaan, tulee syöttää puheryhmän numero. Numeron tulee vastata numeroa, joka on parametroitu päätelaitteen puheryhmiin. Lisäksi puheryhmää lisätessä pystytään antamaan samanlaisia tietoja, kuin päätelaitetta lisätessä. Profiili ja organisaatio ovat pakollisia, mutta kuvauksen määrittely on vapaavalintainen.

17 4.2 Procom CXL70-1HD/h-PT -antenni Procomin CXL70-1HD/h-PT on ympärisäteilevä antenni, joka toimii 410-430 MHz:n taajuusalueella. Kuvassa 11 on esitettynä antennin teoreettinen säteilykuvio. Vahvistusta antennissa on 2,1 dbi (decibel isotropic) [14]. Antenni pystytettiin toimistorakennuksen katolle. Vaikka antennin ihanteellinen taajuusalue on 410 430 MHz:ä, toimii se myös VIRVE-verkon taajuusalueella. Kaapelina käytettiin Heatex 10+ antennikaapelia N-liittimillä varustettuna. Kuva 11. Procom CXL70-1HD/h-Pt säteilykuvio [14]. 4.3 Sepura-päätelaitteet Sepuran historia ulottuu aina 1800-luvulle asti. Vuonna 1896 William Pye perusti Iso- Britanniaan Cambridgeen nimeään kantavan yrityksen Pye Companyn. Silloin yritys keskittyi tekemään laboratorioihin tutkimusvälineitä. Yrityksen ensimmäinen kaupallinen radio tehtiin vuonna 1921. Tämän jälkeen yritys laajeni ja vuonna 1966 Philips osti Pyen tietoliikenneosaston. Vuonna 1996 Simoco osti Philipsiltä tietoliikennepuolen. Vuonna 2002 Simoco ajautui konkurssiin. Tällöin yksityiset sijoittajat ostivat TETRApäätelaiteosaston Simocolta ja perustivat Sepuran Cambridgeen. Vuonna 2012 Sepura osti TETRA-tukiasemia tehneen 3T Communicationsin. Samalla ostetun yrityksen nimeksi vaihtui Sepura Systems. Täten Sepurasta tuli TETRA-tukiasema ja päätelaite-

18 toimittaja. Tällä hetkellä yritys on Euroopan johtaja viranomaisille toimitetuissa TETRApäätelaitteissa. Vuonna 2012, toimittuaan 10 vuotta alalla, Sepura toimitti miljoonannen päätelaitteensa asiakkaalle [15]. 4.3.1 Sepura STP9038 -käsiradio Insinöörityössä käytettiin Sepura STP9038 -päätelaitetta kuuluvuusmittauksissa. STP9038-käsiradio on uppovesitiivis 1 metriin asti ja täysin pölytiivis. Lisäksi radion pohjassa oleva ohjelmointiliitin on korroosiosuojattu. Päätelaitteessa on 1,8 watin lähetysteho, täysikokoinen näppäimistö ja värinäyttö. Kuva 12. STP9038-päätelaite [16].

19 4.3.2 Sepura SRG3900 -ajoneuvoradio Sepura SRG3900 -ajoneuvoradio koostuu radio-osasta, käyttölaitteesta ja käsimonofonista. Ajoneuvoradion lähetysteho on 10 wattia. Lähetysteho on ajoneuvoradiomarkkinoiden suurin. Työssä käytettiin kahta SRG3900-päätelaitetta. Toinen radioista oli varustettu toistin- ja gateway-lisensseillä. Toista radiota käytettiin kuuluvuusmittauksissa kentällä. Kuva 13. SRG3900-ajoneuvoradio, käyttölaite ja monofoni [17]. 4.3.3 Päätelaitteiden parametrointi Sepuran päätelaitteiden parametrointiin käytetään Sepuran tuottamaa Radio Manager 2 -nimistä radioiden hallinta- ja ohjelmointiohjelmaa. Radio Manager 2 sisältää seuraavat ohjelmat: Radio Manager 2

20 Radio Manager Client Database Manager. Radio Manager 2:ssa on graafinen käyttöliittymä. Ohjelma pitää kirjaa radioiden TEI- ja ISSI-numeroista ja TEI-ISSI parituksista. Lisäksi ohjelma tallentaa vanhat ohjelmointierät tietokantaan, josta ne on tarvittaessa helppo löytää ja tarvittaessa tehdä muutoksia niihin. RM2:ssa on neljä pakollista pohjaa jotka pitää luoda ja parametroida ennen päätelaitteiden ohjelmointia. Radioiden parametroinnista en kerro työssäni kauhean tarkkaan, koska RM2-ohjelmassa on tuhansia parametrejä. Tarkoitus on esitellä pintapuolisesti kyseinen ohjelma. Kuva 14. Radio Manager 2, radioiden parametrointiohjelma. Kun Sepuran päätelaitteisiin halutaan toimintaan, gateway- tai toistin-toiminne tulee Sepuralle lähettää radion sarja- ja TEI-numero. Sepura lähettää vastauksena lisenssiavaimen, millä kyseiset toiminteet saadaan aktivoitua päätelaitteeseen. Oy Insalko Ab:lla oli jo voimassa oleva lisenssi molempiin toiminteisiin kyseiselle radiolle. Pakollisista pohjista ensimmäinen on puheryhmät. Pohjaan määritettiin insinöörityössä käytettävät puheryhmien numeroinnit, suorakanavat, nimeämiset ja prioriteetit. Numerointien tuli vastata DAMM-tukiasemajärjestelmään syötettyjä puheryhmien numerointeja. Lisäksi luotiin VIRVE-verkon puheryhmät, koska työssä käytettiin myös VIRVEverkkoa. Kaikkiin puheryhmiin parametroitiin myös maa- ja operaattoritunnukset.

21 Seuraavana on päätelaitteen verkkoasetuksia käsittelevä pohja. Pohjaan parametroitiin oikeat taajuusasetukset vastaamaan DAMM-tukiasemajärjestelmää ja VIRVE-verkkoa. Lisäksi syötettiin molempien verkkojen maa- ja operaattoritunnukset uudelleen. Nämä parametrit tulee olla oikein verkko- ja puheryhmäpohjissa, jotta puhelin liittyy verkkoon normaalisti. Verkkopohjassa valittiin myös päätelaitteen lähetysteho maksimiin, kuten kuvasta 15 käy ilmi. Tukiasemissa on päätelaitteiden automaattinen tehonsäätö, joten todellisuudessa maksimi lähetystehot ovat käytössä harvoin. Kuva 15. Päätelaitteen lähetysteho. Tuotepohjaan syötetään halutut tuotekohtaiset parametrit. Työssä muutettiin äänenvoimakkuuden minimi- ja maksimitasoja, muutettiin valikkoasetukset, käännettiin valikkotekstit suomenkieliseksi ja parametroitiin Man Down -hälytyksen statusnumero lähtemään oikeaan päätelaitteeseen. Man Down -toiminne on yksintyöskentelevälle suunniteltu. Man Down -toiminne hälyttää automaattisesti statusviestin avulla, jos radio on kallistunut tai pysynyt paikoillaan liian pitkään. Tällöin voidaan ottaa yhteys hälytyksen lähettäneeseen radioon. Sepuran käsiradioihin on mahdollisuus saada kyseinen toiminne. Man Down -toiminne ohjelmoitiin radioon, koska kyseisiä radioita on tarkoitus käyttää esittelymalleina tulevaisuudessakin. Insinöörityössä kyseistä toiminnetta ei tarvittu. Profiilipohjassa pystytään määrittelemään käyttäjäprofiileja, joissa voi olla äänetön tai normaalitila. Pohjaan voidaan luoda pikanäppäimet päätelaitteen näppäinten taakse. Tällaisia voivat olla puheryhmien pikavalinnat, statusviestien lähetykset ja fonttikoon vaihto. Tärkein osio profiilipohjassa työn kannalta oli statusviestit. Päätelaitteisiin ohjelmoitiin statusviestit siten, että kentältä pystyi statusviestein vaihtamaan gatewayna ja toistimena toimivan radion tilaa. Statusviesteihin tulee määrittää tietty numerokoodi, joka toteuttaa ennalta ohjelmoidun toiminnon. Kun radio vastaanottaa numerokoodin,

22 suorittaa se kyseisen numeron pohjalta toiminteen. Kuvista 16 ja 17 nähdään statusviestien parametrointi. Kuva 16. Päätelaitteessa näkyvät statusviestin tekstit. Kuva 17. Vastaanotettaessa statusviestin suorittama toiminne. Kuvassa 17 nähdään statusviestien numerokoodit ja niiden suorittamat toiminteet, kun vastaavalla numerolla saapuu viesti päätelaitteeseen. Numerokoodilla 49016 päätelaite siirtyy gateway-tilaan ja numerolla 49019 toistin-tilaan. Kyseisiä toiminteita käytetään työssä.

23 Päätelaitteiden TEI- ja ISSI-numerot täytyy parittaa ennen ohjelmointia. Ohjelmointierä voidaan luoda, kun kaikki pakolliset pohjat ovat tehty. Ensimmäiseksi tulee valita päätelaitteen malli, ohjelmistoversio ja radiot, jotka halutaan ohjelmoida. Tämän jälkeen valitaan parametri-pohjat, jotka ohjelmoidaan radioon. Samalla ohjelma käy lävitse pohjat mahdollisten kriittisten virheiden varalta ja antaa niistä virheilmoituksen, jos parametrointi on suoritettu virheellisesti. Radio Manager 2 luo tämän jälkeen ohjelmointierän valmiiksi. Päätelaitteiden ohjelmointi tapahtuu avaamalla Radio Manager Client ja kytkemällä radio ohjelmointikaapelilla tietokoneeseen. Radio Manager Client lukee automaattisesti päätelaitteen TEI-numeron ja tarkistaa onko kyseiselle radiolla olemassa ohjelmointierää. Jos radiolle on luotuna ohjelmointierä, alkaa ohjelmointi automaattisesti. Kuva 18. Radion ohjelmointi käynnissä Radio Manager Clientissa. Radio Manager 2 tallentaa luodut parametrit Database Manageriin. Database Manager toimii Microsoft SQL Server 2008 R2 -alustalla. Tietokantaa voidaan Database Managerin avulla hallita lähinnä ottamalla sekä palauttamalla varmuuskopioita ja poistaa vanhoja tietoja tarvittaessa.

24 5 Mittaus Työn tarkoituksena oli tehdä kolme erityyppistä kuuluvuusmittausta useassa eri paikassa Helsingissä ja verrata näitä toisiinsa. Ensimmäinen kuuluvuusmittaus tehtiin käyttäen TETRA-tukiasemajärjestelmää, toinen ajoneuvoradion toistin-toiminnetta ja kolmas ajoneuvoradion gateway-toiminnetta. Sepuran päätelaitteiden teknisen näytön kautta nähtävät verkon kuuluvuusarvot tilastoitiin ja näitä arvoja vertailtiin keskenään. Tämän lisäksi yhteys testattiin jokaisella mittauspaikalla toiseen radioon. Samalla arvioitiin puhelunlaatu. Ennen mittausta Procomin antenni pystytettiin Oy Insalko Ab:n toimistorakennuksen katolle Helsinkiin Metsälään. Tukiaseman ja antennin välille vedettiin antennikaapeli, jonka pituus oli 29 metriä. DAMM-tukiasemajärjestelmän ja Sepuran SRG3900 - ajoneuvoradion lähetystehot ovat 10 wattia. Antennikaapelin vaimennus 432 MHz:n taajuusalueella on 8,9 db/100m (desibeliä per 100 metrillä) [18]. Antennin vahvistus on 2,1 dbi. Kaapelin teoreettisesti laskettu vaimennus 29 metrin matkalla on noin 2,6 db. Tällöin antennin ja kaapelin yhteenlasketuksi lähetystehon suhteelliseksi arvoksi jää - 0,5 dbi. Liittimien vaimennusta ei otettu huomioon niiden pienen vaimennuksen takia. 8,9 db Kaapelin vaimennus 29 metrin matkalla = 29 m 2.6 db 100 m Antennin ja kaapelin yhteenlaskettu lähetystehon suhetellinen arvo = 2,1 dbi + ( 2.6 db) = 0,5 dbi Antennikaapeli vaimentaa siis signaalia. Kuten yllä todettiin, lähetystehot ajoneuvoradiossa ja tukiasemassa ovat 10 wattia. Muutettuna arvo on 40 dbm (desibelin suhde milliwattiin, mw). Radiotekniikassa mittalaitteet ilmoittavat signaalitehon dbm:nä. Kaavassa tehon tunnus on P. P dbm = 10 log ( P 10 W ) dbm = 10 log ( ) = 40 dbm 1mW 1 mw Kun lähetystehosta vähennetään kaapelin ja antennin yhteenlaskettu vaimennus, saadaan tietoon järjestelmän teoreettinen säteilyteho antennissa, joka on 39,5 dbm. Säteilyteho = 40dBm + ( 0,5 dbi) = 39,5dBm

25 Wateiksi muutettuna säteilyteho on 8,91 W. P = 10 x/10 mw = 10 39,5dBm/10 = 8912,5 mw = 8,91 W Kuva 19. Procom antennin väliaikainen asennus toimistorakennuksen katolle. Kuuluvuusmittaukset tehtiin kolmena eri päivänä. Kaikki testit tehtiin aurinkoisina päivinä. Tämä sen takia, että sateinen ilma saattaa vaikuttaa jonkin verran radiokuuluvuu-

26 teen. Ensimmäisenä käytössä oli DAMM-tukiasemajärjestelmä. Mittauspisteet valittiin satunnaisesti eri puolilta Helsinkiä kuitenkin siten, että kuuluvuus ja yhteys saatiin muodostettua. Kuuluvuusmittaukset suoritettiin käsi- ja ajoneuvoradioilla. Radioyhteyden toimivuus testattiin toimistolla olleeseen päätelaitteeseen. Kuva 20. Ensimmäinen kuuluvuustesti käyttäen DAMM-tukiasemajärjestelmää. Toisessa testissä kaikki yhteydenpito tapahtui suorakanavan kautta, kun ajoneuvoradio SRG3900 toimi toistimena. Laite kytkettiin samaan Procomin antenniin kuin DAMMtukiasemajärjestelmäkin. Kuva 21. Toinen kuuluvuustesti käyttäen SRG3900-päätelaitteen toistin-toiminnetta. Kolmannessa testissä käytettiin gateway-toiminnetta. Alun perin tarkoituksena oli ohjata suorakanavalla käytettävä puhe VIRVE-verkkoon. Tämä osoittautui toimimattomaksi ratkaisuksi, koska käytetyn suorakanavan taajuusalue ja VIRVE-verkon taajuusalue erosivat toisistaan yli 30 MHz:llä. Suorakanavanalla käytettiin taajuutta 424.8875 MHz ja VIRVE-taajuus oli 393.0625 MHz. SRG3900-ajoneuvoradio ei kyennyt ohjaamaan

27 radioliikennettä luotettavasti. Tästä syystä käyttöön täytyi ottaa DAMMtukiasemajärjestelmä, jotta suorakanavaliikenne ohjautuisi OY Insalko Ab:n -verkossa olevaan päätelaitteeseen. Lisäksi päätelaitteet täytyi ohjelmoida uudelleen käyttämään suorakanavalla taajuutta 425.2875 MHz. Tämä sen takia, koska DAMM-tukiasema käyttää taajuusaluetta 424.8875 MHz. Kuva 22. Alkuperäinen suunnitelma, kun käytössä on Gateway-toiminne. Kuva 23. Gateway-toiminne ohjaa liikenteen DAMM-tukiasemajärjestelmään. 5.1 Tulokset Kuuluvuusmittauspisteiksi valittiin 15 eri paikkaa. Etäisyydet Oy Insalko Ab:n toimistorakennuksen katolle sijoitetusta antennista mittauspisteisiin mitattiin linnuntienä. Etäisyydet saatiin mitattua Maanmittauslaitoksen tuottamassa karttapalvelussa internetissä. Etäisyydet pyöristettiin 50 metrin tarkkuudella. Mittauspisteet merkittiin Google Maps -sovelluksella yhdelle karttapohjalle, (kuva 24).

28 Kuva 24. Mittauspisteet Helsingissä [19]. Jokaisella eri kerralla pyrittiin mittauspiste valitsemaan täsmälleen samaksi. Mittausten aikana huomattiin, että kuuluvuus saattoi vaihdella hyvinkin paljon muutaman metrin alueella. Ajoneuvoradiolla kuuluvuutta mitattaessa ei aina päästy täsmälleen samaan mittapisteeseen muiden tielläliikkujien vuoksi. Taulukossa oleva N/A-arvo (Not Available, ei saatavilla) merkitsee, ettei yhteyttä pystytty saavuttamaan luotettavasti.

29 Taulukko 1. Kuuluvuusarvot eri mittauspisteissä. Toistin-toiminne 1 watin teholla. Kuuluvuusarvot (db) DAMM-tukiasema Toistin-toiminne Gateway-toiminne Etäisyys (km) SRG3900 STP9038 SRG3900 STP9038 SRG3900 STP9038 Mittaus 1 4,75 km -101-104 -104 N/A -100-104 Mittaus 2 5,45 km -105-106 N/A N/A -107 N/A Mittaus 3 5,20 km -104 N/A -107 N/A -114 N/A Mittaus 4 5,20 km -102-102 N/A N/A -110 N/A Mittaus 5 4,25 km -92-96 -99-98 -96-98 Mittaus 6 3,50 km -91-96 -103-105 -96-95 Mittaus 7 3,20 km -95-92 -107-100 -89-94 Mittaus 8 4,00 km -104-95 -110-106 -93-98 Mittaus 9 6,60 km -102-106 -111-103 -108 N/A Mittaus 10 2,40 km -76-86 -88-94 -81-73 Mittaus 11 3,40 km -85-92 -96-96 -85-89 Mittaus 12 4,30 km -98-100 -106-110 -101 N/A Mittaus 13 5,00 km -102-102 -111 N/A -103 N/A Mittaus 14 4,75 km -102-104 N/A N/A -99-103 Mittaus 15 3,40 km -96-96 -101-99 -94-97 5.2 Päätelmät Verkon peittoalue jäi oletettua pienemmäksi, etenkin tukiasemajärjestelmää käyttäessä. Tämä mitä todennäköisimmin johtui siitä, että toimistorakennus sijaitsee notkelmassa ja ympäröivät mäet estivät signaalin esteettömän kulun. Korkeammalle sijoitettuna kyseisellä tukiasemalla ja antenniratkaisulla saadaan hyvinkin helposti peittoalueen säteeksi 10-15 kilometriä. Pääsääntöisesti tetra-tukiasemajärjestelmää käytettäessä kuuluvuus oli parempi kuin varatoiminteilla (toistin ja gateway). Puhelut muodostuivat puheryhmään nopeasti ja toimivat varmuudella, pois lukien yksi mittauspaikka käsiradiolla. Äänenlaatu oli myös pääsääntöisesti hyvä. Käsiradion kuuluvuuden lähestyessä -105 db:n signaalinvoimakkuutta ääni muuttui hieman metalliseksi lähetettäessä. Vastaanottaessa ääni pysyi vielä hyvänä. Ajoneuvoradion kanssa ei ollut missään vaiheessa ongelmia metallisen äänenlaadun suhteen. Tukiasemajärjestelmän kuuluvuutta ja toimivuutta olisi voitu parantaa halutessa diversiteetti (monitie-etenemis) vastaanotolla. Tätä ei käytetty testissä, koska ajoneuvoradioon ei pystytä kytkemään diversiteettiantennia ja testiolosuhteet haluttiin pitää samoina.

30 Gateway- ja toistin-toiminteiden signaalinvoimakkuuden erot ihmetyttivät tuloksissa. Molemmat toimivat kentälle olleisiin päätelaitteisiin suorakanavalla, joten tulosten olisi tullut olla samat. Tarkemmin ohjelmointipohjia läpi käydessä huomattiin, että toistintoiminteen teho oli jäänyt 1 wattiin. Tämä virhe korjattiin ja päätelaite ohjelmoitiin uudelleen toimimaan toistimena 10 watin teholla. Ajanpuutteen vuoksi ei pystytty mittaamaan uudelleen kaikkia toistin-toiminteella toimivan radion kuuluvuusarvoja. Uudelleenmittaukset suoritettiin muutamalla paikalla, ja ne vastasivat täysin gateway-toiminteen kuuluvuusarvoja. Toistin- ja gateway-toiminteella päätelaitteet käyttäytyivät samalla tavalla. Puheluiden muodostumisessa oli selkeästi suurempi viive kuin tukiasemajärjestelmää käyttäessä. Tämän lisäksi puhelun muodostaminen ei aina onnistunut ensimmäisellä yrittämällä. Myös verkossa pysymisessä oli ongelmia etäisyyksien kasvaessa. Huomattiin myös, että äänenlaadun metallisuus oli selkeämmin huomattavissa etenkin käsiradiolla lähettäessä signaalinvoimakkuuden ollessa -100 db. Kyseistä signaalinvoimakkuuden arvoa voidaan pitää raja-arvona, minkä jälkeen puheluiden laatu ja varmuus heikkenevät huomattavasti. Lisäksi huomattiin, että toistin-tilassa oleva päätelaite ei enää vastaanota statusviestikomentoja, jolloin päätelaite täytyi siirtää manuaalisesti haluttuun tilaan. Ongelmaan ei löytynyt ratkaisua. Työssä saatujen tulosten perusteella gateway-toiminteella pystytään paikkaamaan esimerkiksi VIRVE-verkon peittoaluetta, jos jokin osa verkosta menee pimeäksi vaikka myrskyn vuoksi. Viimeksi näin kävi Eino-myrskyn aikana sunnuntaina 17.11.2013. Tällöin noin 4 % VIRVE-verkon peittoalueesta oli pimeänä [20]. Yksi mahdollinen sovellutus gateway-toiminteelle voisi olla väestönsuojahälyttimiin kytkettynä. Väestönsuojahälyttimet voisivat olla yhdistettyinä Sepuran SRG 3900 - päätelaitteisiin ja toimia normaalisti VIRVE-verkossa. Väestönsuojahälyttimet on sijoitettu korkeiden rakennusten katoille. Statusviestein päätelaitteet pystytään ohjaamaan gateway-tilaan, jolloin alueelle saadaan toimiva suorakanavapeittoalue tarvittaessa, mistä puheliikenne ohjautuu VIRVE-verkkoon. Ainoa haitta tässä on, että käytössä on vain yksi suorakanava. Jos alueella on käyttäjiä paljon, voi kyseinen kanava olla koko ajan varattuna.

31 Toistin-toiminteella varustetulla Sepuran ajoneuvoradiolla voidaan rakentaa perinteistä VHF-tukiasemaa vastaava verkko. Tämä edellyttää, että toimitaan yhdellä suorakanavalla koko ajan. Etuina perinteiseen VHF-tukiasemaan verrattuna TETRA:ssa on parempi äänenlaatu, ja liikenne siinä on salattu. Lisäksi toistimen kautta voidaan soittaa myös yksilöpuheluita. Tällä ratkaisulla saadaan myös lähes yhtä hyvä ja toimiva peitto kuin normaalilla TETRA-tukiasemalla. Toinen mahdollinen sovellutus toistin-toiminnetta käyttäessä voisi olla käytössä jätevesiputkia huoltavilla yhtiöillä. Jätevesiputket sijaitsevat maan alla useiden metrien syvyydessä, ja ne haarautuvat useaan suuntaan. Maanpinnan ja putkessa työskentelevän työntekijän välillä on useita metrejä maata, betonia ja betonin raudoituksia. Työntekijät laskeutuvat putkiin usein vaijerin varassa pystysuoraan alas. Toistin-toiminteinen käsiradio voitaisiin sijoittaa viemäriluukun suulle roikkumaan vaijerin varaan. Tällöin jätevesiputkessa olisi toistimen muodostama suorakanavapeitto ja maanpinnalla oleva yhteyshenkilö saisi yhteyden helposti jätevesiputkessa työskentelevään työntekijään signaalin kulkiessa toistimen lävitse.

32 6 Yhteenveto Insinöörityön tarkoituksena oli tutustua TETRA-standardiin, Sepuran päätelaitteisiin ja DAMM-tukiasemajärjestelmään. Työssä vertailtiin myös TETRA-päätelaitteessa olevien toistin- ja gateway-toiminteiden toimivuutta ja peittoaluetta. Vertailukohtana toiminteille käytettiin TETRA-tukiasemajärjestelmää. Ensiksi työssä käytiin läpi TETRA:n historiaa, yleisesti TETRA-verkon rakennetta ja TETRA-standardia. Tämän jälkeen paneuduttiin työssä käytettäviin laitteistoihin ja hallintaohjelmiin. Työssä tehtyjen kuuluvuusmittauksien suorittaminen sujui pääsääntöisesti ongelmitta. Kaikissa projekteissa esiintyy tietenkin pieniä ongelmia ja virheitä. Niin myös tässäkin insinöörityössä, kun ohjelmoitaessa päätelaitetta toistimen teho oli jäänyt 1 wattiin. Tämän lisäksi tukiasemajärjestelmä oli välillä testikäytössä Oy Insalko Ab:n asiakkaalla. Tämä siirsi ensimmäisen kuuluvuusmittauksen suorittamista. Työssä testattujen toistin- ja gateway-toiminteiden hyvät tulokset yllättivät positiivisesti. Oy Insalko Ab pystyy käyttämään hyödyksi työstä saatuja mittaustuloksia markkinoidessaan toiminteita asiakkaille. Työtä tehdessä pääsin tutustumaan paremmin ja syvällisemmin TETRA-standardiin sekä laitteisiin. TETRA-standardista ja sen toimivuudesta muodostui selkeä kuva. Työtä tehdessäni opin myös Oy Insalko Ab:n maahantuomien TETRA-laitteiden tuotetiedoista, asennuksista ja käyttöönotoista. Saavutin työlle asetetut tavoitteet. Tulevaisuutta ajatellen tämä työ antaa hyvät lähtökohdat jatkaa työelämää vähän tunnettujen TETRA-järjestelmien parissa. Toiminteiden toimivuutta ja kuuluvuutta voidaan halutessa kartoittaa tulevaisuudessa myös STP9038-käsiradion osalta.

33 Lähteet 1 Oy Insalko Ab. Verkkosivu. http://www.insalko.fi/?reload. Luettu 10.12.2013. 2 Wikipedia, the free encyclopedia: TETRA. Verkkodokumentti. http://fi.wikipedia.org/wiki/tetra. Muokattu 5.4.2013. Luettu 25.9.2013. 3 3T Communications: TETRA Basics. PowerPoint-esitys. Luettu 25.9.2013. 4 Helsingin Energia: HelenNet. Verkkodokumentti. http://www.helen.fi/yrityksille/helennet.html. Luettu 25.9.2013. 5 Wikipedia, the free encyclopedia: VIRVE. Verkkodokumentti. http://fi.wikipedia.org/wiki/virve. Muokattu 2.9.2013. Luettu 26.9.2013. 6 K. Heikkonen, T. Pesonen, T. Saaristo. VIRVE-RADIO: TETRA viranomaiskäytössä. 1. painos. Helsinki: Edita Prima Oy. ISBN 951-826-786-3. 7 Kaj Vesterbacka. VIRVEn avulla toteutettu säteilyvalvontaverkko. PDF-julkaisu. 2.10.2013. 8 J. Penttinen. Tietoliikennetekniikka: 3G ja erityisverkot. 1. painos. Helsinki: WSOY. ISBN 951-0-31255-X. 9 TETRA Security. TCCA, TETRA Critical Communication Association. Verkkodokumentti. http://www.tandcca.com/about/page/12027. Luettu 7.10.2013. 10 Peter Stavroulakis. TETRA: A Global Security Tool. 1. Painos. New York: Sringer Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-540-71190-2. 11 DAMM Cellular Systems A/S: DAMM HISTORY. Verkkodokumentti. http://www.damm.dk/about-damm/our-history/. Luettu 14.10.2013. 12 DAMM Cellular Systems A/S: DAMM BS421. pdf-esite. Muokattu 19.1.2011. Luettu 15.10.2013. 13 DAMM Cellular Systems A/S: DAMM Tetraflex outdoor system. pdf-esite. http://www.damm.dk/media/pdf/1928742/tetraflex%20outdoor%20system%20ve r.%202.4%20highres.pdf Luettu 15.10.2013. 14 Procom: CXL-70-1HD/ -PT. Verkkodokumentti. http://www.procom.dk/eng/products/base-station-antennas/175-470- mhz/omnidirectional-antennas/cxl-70-1hd-pt. Luettu 21.11.2013.

34 15 Sepura: Our Heritage makes us what we are today. Verkkodokumentti. http://www.sepura.com/about-us/history.aspx. Luettu 16.10.2013. 16 Sepura: STP9000. Verkkodokumentti. http://www.sepura.com/products/terminals/hand-held/stp9000- series/stp9000.aspx. Luettu 31.10.2013 17 Sepura: SRG3900. Verkkodokumentti. http://www.sepura.com/products/terminals/mobile/srg3900.aspx. Luettu 31.10.2013. 18 Paratronic: Ecoflex 10 Plus. Verkkodokumentti. http://www.paratronic.fi/dokumentit/ecoflex_10plus-en.pdf. Luettu 21.11.2013. 19 Google: Google Maps. Karttasovellus. http://google.maps.fi. 20 Suomen Virveverkko Oy: Eino-myrskyn vaikutukset VIRVE-palveluun. Verkkodokumentti. http://www.erillisverkot.fi/erillisverkot/einomyrskyn_vaikutukset_virve-palveluun_/152/. Muokattu 21.11.2013. Luettu 2.2.12.2013